连续梁桥设计与结构计算分析

曹爱虎 （安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程简述

该工程位于安徽巢湖，主桥桥跨布置：（40+60+40）m，采用变截面预应力混凝土连续箱梁，桥宽12.5m，箱梁采用单箱单室断面，箱梁顶板宽12.50m，底板宽6.5m，腹板变厚度，厚度分别为70cm和50cm，顶板厚28cm，底板厚度按二次抛物线由30cm变化到70cm，箱梁根部梁高3.5m，端部梁高1.8m，桥面采用双向2%的横坡。

图1 主梁支点横断面

2 设计荷载

2.1.恒载

一期恒载按实际断面尺寸计取重量，箱梁混凝土容重按26kN/m3取值，端、中横隔梁按集中力施加于结构上。

二期恒载75kN/m（包括沥青混凝土桥面铺装、调平层、护栏）。

2.2.可变作用

①基本可变作用

验算荷载：公路-Ⅰ级，按3车道荷载计算，汽车荷载横向分配系数＝3x1.15x0.78=2.691。

②温度作用

采用《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）中规定的竖向温度梯度模式。

③支座不均匀沉降

主墩按照15mm考虑，边墩按照10mm考虑。

3 预应力连续梁纵向结构验算

主桥纵向整体结构进行持久状况承载能力极限状态和正常使用极限状态验算。

3.1 结构分析模型的建立

主梁结构类型为预应力混凝土结构，桥墩和基础采用钢筋混凝土结构，有限元计算时将结构离散为88个梁单元，4个支承单元，共有48类钢束，1种规格。

整体结构采用同济大学桥梁结构计算软件桥梁博士进行结构分析，其离散模型如图2所示。

图2 结构离散模型示意图

3.2 计算结果

3.2.1 持久状况承载能力极限状态验算

公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，对持久设计状况和短暂设计状况应采用作用的基本组合[2]，荷载基本组合表达式：

由程序计算得主要控制截面抗弯承载能力见表1。

由表1可知，本桥承载能力均满足规范要求。

主要控制截面抗弯承载能力（kN·m） 表1

3.2.2 持久状况正常使用阶段标准值组合最大压应力验算

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）第7.1.5条规定，对于未开裂的预应力混凝土受弯构件，其使用阶段混凝土正截面压应力应满足σkc+σpt≤ 0.5fck=0.5×32.4=16.2MPa，由程序计算得主要控制截面使用阶段上、下边缘最大压应力见表2。

正常使用状态下主梁结构应力情况一览表 表2

以表2可以看出，本桥使用阶段混凝土正截面压应力满足规范要求。

3.2.3 正常使用极限状态正截面、斜截面抗裂验算

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.3.1条规定，对于现浇施工的预应力混凝土构件，在作用短期效应组合作用下应满足σtp≤0.4ftk=1.06MPa[3]。正常使用极限状态混凝土正截面抗裂计算结果见图3。

图3 正常使用极限状态正截面抗裂验算

预应力混凝土受弯构件的斜截面抗裂计算，规范采用对作用短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力σtp加以限制的方法，部分单元混凝土主拉应力计算结果见图4。

图4 正常使用极限状态斜截面抗裂验算

从抗裂验算结果可以看出，在正常使用极限状态作用短期效应组合时，梁体最小压应力值为0.48MPa，正截面抗裂验算满足规范的要求。

从混凝土截面斜截面抗裂验算结果可以看出，梁体截面在最不利作用效应组合下最大主拉应力为-0.92MPa，斜截面抗裂验算满足规范全预应力构件的要求。

3.2.4 挠度验算

箱梁按全预应力混凝土构件设计，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）6.5.3条规定，预应力混凝土受弯构件长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后箱梁最大挠度处不应超过计算跨径的≤l/600。挠度验算见表3（表中挠度以向下为正）。

挠度验算表(mm) 表3

表3结果表明：在消除结构自重产生的长期挠度后箱梁最大挠度为52.6mm ≤l/600，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.5.3条对挠度的要求。

4 结论

通过对桥梁结构整体进行静力计算分析，表明结构受力、应力、位移都可以满足现行规范要求，结构整体是安全可靠的。本项目中桥梁选用变截面预应力混凝土连续箱梁桥型具备结构受力性能良好、刚度大、抗震性能良好、线条平顺、造型美观、行车舒适度好、后期养护修工程量小等优势[4]。变截面预应力混凝土连续梁已广泛应用于各工程项目中。